CN103911558B - 一种耐磨耐低温耐大气腐蚀钢的生产方法 - Google Patents
一种耐磨耐低温耐大气腐蚀钢的生产方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供的一种耐磨耐低温耐大气腐蚀钢的生产方法，生产钢卷厚为2.5-16.0mm的钢;其[C]：0.065-0.085%、[Si]：0.20-0.30%、[Mn]：0.85-0.950%、[P]：≤0.020%、[S]：≤0.004%、[Cr]：0.45-0.55%、[Ni]：0.12-0.25%、[Cu]：0.25-0.35%、[Nb]：0.010-0.030%、[Al]：0.020-0.040%、[Ti]：0.010-0.018%、[Ca]：0.0015-0.0030%、[N]：≤0.0045%；轧制：设定加热炉炉膛温度在1200℃±20℃，板坯保温时间30-40min，板坯出炉温度在1200℃±20℃，其中入精轧轧机中间坯温度900-1000℃，入精轧轧机中间坯厚度≥50mm，终轧温度在860℃±10℃，卷曲温度为600℃±10℃，层流冷却速度在15±2℃/s。
Description
技术领域
本发明涉及腐蚀钢的生产，尤其该方法适用于寒冷地区焊接结构耐侯钢的生产。
背景技术
20世纪30年代,美国的U.S.Steel公司首先研制成功了耐腐蚀高强度含铜低合金钢,用于建筑和桥梁,其中最普遍应用的是高磷、铜、铬、镍的高耐候钢系列和以铬、锰、铜合金化为主的焊接结构系列钢。1960年前后,武钢利用其铁矿中含铜,首先在国内进行了含铜耐候钢的研究和开发工作。1965年,试制出09MnCuPTi耐候钢,并研制出我国第一辆耐候钢铁路货车。此外,研究者还结合我国的资源优势开发出了鞍钢集团的08CuPVRE系列、武钢集团的09CuPTi系列、济南钢铁公司的09MnNb等，到目前为止，我国已经成功开发了焊接结构耐候和高耐候两个系列11个牌号（其中高耐候4个，焊接结构7个），但在戈壁沙漠大风砂环境下使用的耐低温、耐磨损（抗砾石打击磨损）、耐盐碱等恶劣环境条件使用的焊接结构耐候钢生产信息未见披露。
本发明是针对兰新铁路沿线的恶劣环境，即途经百里风区，最大风力达到11级，茫茫戈壁和沙漠，冬季最低气温达到-40℃以下，开发的耐低温、耐大气腐蚀、耐砂粒磨损，即抗砾石打击的焊接结构耐候钢，用于制造高速铁路挡风墙，保证高速列车的行驶安全，使用效果十分显著，为企业的技术创新作出了典范。
发明内容
本发明的目在于：生产提供的高强度易成型、耐低温、耐磨损、耐大气腐蚀钢的耐候钢,实现了在寒冷与极端环境下的利用目的。
本发明的目的是这样实现的：一种耐磨耐低温耐大气腐蚀钢的生产方法，原料以重量百分比配制，生产钢卷厚为2.5-16.0mm的腐蚀钢；
成分设计：[C]：0.065-0.085%、[Si]：0.20-0.30%、[Mn]：0.85-0.950%、[P]：≤0.020%、[S]：≤0.004%、[Cr]：0.45-0.55%、[Ni]：0.12-0.25%、[Cu]：0.25-0.35%、[Nb]：0.010-0.030%、[Al]：0.020-0.040%、[Ti]：0.010-0.018%、[Ca]：0.0015-0.0030%、[N]：≤0.0045%，铁及杂质；
其中为保证Nb元素的强化效果，炉膛温度设定在1200℃±20℃，板坯在炉均热保温时间控制在35min，板坯的加热炉出炉温度控制在1200℃±20℃；控制奥氏体未结晶区轧制温度，入精轧轧机中间坯温度在950℃，入精轧轧机中间坯厚度≥50mm，终轧温度在860℃±10℃，卷曲温度为600℃，层流冷却前段采用急冷方式，冷却速度控制在20±2℃/s；其中连铸钢水过热度控制在20℃，并采用连铸板坯轻压下技术（板坯压下量控制在4mm），生产出的板坯偏析C类小于0.5级。
其中非金属夹杂的去除及氮元素的控制：
①铁水预处理后的[S]含量小于0.003%；转炉出钢时[N]的含量小于0.002%;
②转炉吹炼时，严禁补吹，其控制参数的供氧压力0.8-0.85MPa,流量32000-33000m3/h，强度为0.4-0.6Nm3/t·min，吹氧时间14min,其中底吹氩搅拌供气强度为0.05-0.08Nm3/t.min，压力为1.0-1.2MPa；转炉出钢温度为1620-1670℃，此时[C]含量为0.09%，[P]含量小于0.008%；
③LF精炼及造渣、脱硫，喂入钙铁线对非金属夹杂进行变性处理，紧接着对钢包钢水底吹氩弱搅拌，时间11-13min，其中精炼的终渣Al2O3的含量为28-33%，钢水[N]含量小于0.0045%，钢中A、B类非金属夹杂小于1.0级；
④连铸保护浇铸，大包长水口采用密封圈+氩封的保护，连铸时钢水[N]增量小于0.001%。
所述方法，成品的钢板耐磨性为铁素体+珠光体+少量粒状贝氏体，晶粒度为9-10级，提高了钢材的耐磨性能。
所述方法，成品在环境温度为16-20℃下，周期浸润腐蚀试验，平均腐蚀失重率为0.75-0.77g/m2/h，相对腐蚀速率达到46.8-47.5。
所述方法，成品钢板的抗拉强度510-610MPa，屈服强度390-480MPa，断后延伸率为25-33%，屈强比0.80-0.85，低温冲击功，－20℃冲击功值在250-350J，－40℃冲击功值在230-300J。
本发明的技术效果：成品钢的钢卷厚度为2.5-16mm，与国内现有技术生产的焊接结构耐候钢的冲击功相比，低温冲击功显著提高，－20℃冲击功250-350J,－40℃冲击功230-300J(备注：冲击功试样形状夏氏V型)，国内现有相近的牌号Q355NH焊接结构耐候钢，GB/T4171-2008规定的－40℃冲击功大于27J,用户协议的冲击功平均值可以大于60J）。
具体实施方式
本发明结合实施例作进一步说明。
实施例
1、冶炼工艺：铁水预处理→转炉吹炼→LF精炼→板坯连铸→板坯清理→板坯再加热→控制轧制与冷却→成品检验。
2.成分设计
生产钢板厚度为2.5-16.0mm；
成分组成以重量百分比：[C]：0.065-0.085%；[Si]：0.20-0.30%；[Mn]：0.85-0.950%；[P]：≤0.020%；[S]：≤0.004%；[Cr]：0.45-0.55%；[Ni]：0.12-0.25%；[Cu]：0.25-0.35%；[Nb]：0.010-0.015%；[Al]：0.020-0.040%；[Ti]：0.010-0.018%；[Ca]：0.0015-0.0030%；[N]：≤0.0045%，铁和不可避免的杂质；
根据铌钛的碳氮化物夹杂在钢水凝固过程中的析出特性（研究表明，当钢水中的[C]含量为0.17%时，[N]含量为0.0040%，[Nb]含量为0.018%，TTi（C,N）的析出温度小于1400℃，TNb(C,N)的析出温度小于1100℃；当钢水中的[N]含量为0.0080%，[Nb]含量为0.018%，TTi（C,N）的析出温度小于1470℃，TNb(C,N)的析出温度基本不变；当钢水中的[N]含量为0.0120%，[Nb]含量为0.018%，TTi（C,N）的析出温度接近1490℃，TNb(C,N)的析出温度基本不变），为降低钢水中的TNb(C,N)和TTi（C,N）类夹杂，为保证钢板的力学性能（主要指抗拉、屈服、延伸以及低温冲击性能）合格，只能降低钢水中的碳含量、钛含量和氮含量，因此确定上述成分组成为最佳方案。
3.合金元素的加入方式
①铜、镍元素的加入，对于难以氧化的铜、镍元素通过废钢料斗加入转炉，铜板通过料斗和废钢一起加入转炉熔炼；
②铬、硅、锰、铝元素的加入，通过转炉料仓在转炉出钢过程加入钢包钢水中。
③钛、钙元素在LF精炼结束加入钢包钢水中。
4.其中非金属夹杂的去除及氮元素的控制方法
①铁水预处理后的[S]含量小于0.003%；转炉出钢时[N]的含量小于0.002%;
②转炉吹炼时，严禁补吹，防止钢水增氮，其控制参数为供氧压力0.8-0.85MPa,流量32000-33000m3/h，强度为0.4-0.6Nm3/t·min，吹氧时间14min；底吹氩搅拌供气强度为0.05-0.08Nm3/t.min，压力为1.0-1.2MPa；转炉出钢温度为1620-1670℃，此时[C]含量为0.09%，[P]含量小于0.008%；
③LF精炼及造渣、脱硫，喂入钙铁线对非金属夹杂进行变性处理，紧接着对钢包钢水底吹氩弱搅拌，控制时间﹥10min；精炼的终渣Al2O3的含量为28-33%；钢水[N]含量小于0.0045%，钢中A、B类非金属夹杂小于1.0级。
④连铸保护浇铸，大包长水口采用密封圈+氩封的保护；连铸时钢水[N]增量小于0.001%。
5.钢板的性能控制方法
(1)钢材的耐腐蚀性，通过Cu、Cr、Ni含量来保证。
(2)提高低温冲击功的创新方法主要有如下两点：
采用中碳、中锰，并加入微量的Nb、Ti、微合金化元素强化的成分设计方案，在保证钢材的强度、韧性、提高成形性能的前提下，显著提高了钢材的低温冲击功。
生产技术要点：
（1）一是根据在钢液温度恒定的前提下，Ti（C、N）析出温度随着钢液中氮含量的增加而提高；二是在钢液中[Ti]、[N]含量一定的情况下，钢液中Ti（C、N）析出随着钢水温度的变化而显著变化，但Nb（C，N）的析出与钢水温度的变化相关性不显著的的特性，在提高钢材韧性和焊接性能的前提下，钢中钛含量控制在0.015%低水平，钢中氮含量控制在0.005%、锰含量0.95%、碳含量0.070%、铌含量0.02%，连铸钢水过热度控制在20℃，并采用连铸板坯轻压下技术（板坯压下量控制在4mm），生产出的板坯偏析C类小于0.5级，为轧制出耐低温冲击耐磨钢材准备了高品质板坯。
（2）为保证Nb元素的强化效果，炉膛温度设定在1200℃±20℃，板坯在炉均热保温时间控制在35min；板坯的加热炉出炉温度控制在1200℃±20℃；控制奥氏体未结晶区轧制温度，入精轧轧机中间坯温度在950℃，入精轧轧机中间坯厚度≥50mm，终轧温度在860℃±10℃；卷曲温度为600℃，层流冷却前段采用急冷方式，冷却速度控制在20±2℃/s。
(3)钢板耐磨性：通过在钢液中添加碳、锰、氮，经控制轧制和控制能却，钢材组织为铁素体+珠光体+少量粒状贝氏体，晶粒度为9.5级，在满足钢材强度要求的同时提高了钢材的耐磨性能。
Claims (4)
1.一种耐磨耐低温耐大气腐蚀钢的生产方法，其特征在于：原料以重量百分比配制，生产钢卷厚为2.5-16.0mm的腐蚀钢；
成分设计：[C]：0.065-0.085%、[Si]：0.20-0.30%、[Mn]：0.85-0.950%、[P]：≤0.020%、[S]：≤0.004%、[Cr]：0.45-0.55%、[Ni]：0.12-0.25%、[Cu]：0.25-0.35%、[Nb]：0.010-0.030%、[Al]：0.020-0.040%、[Ti]：0.010-0.018%、[Ca]：0.0015-0.0030%、[N]：≤0.0045%，铁及杂质；
其中为保证Nb元素的强化效果，炉膛温度设定在1200℃±20℃，板坯保温时间为35min，板坯的加热炉出炉温度为1200℃±20℃；控制奥氏体未结晶区轧制温度，入精轧轧机中间坯温度在950℃，入精轧轧机中间坯厚度≥50mm，终轧温度在860℃±10℃，卷曲温度为600℃，层流冷却速度控制在20±2℃/s；其中连铸钢水过热度控制在20℃，板坯压下量控制在4mm，生产出的板坯偏析C类小于0.5级；
其中非金属夹杂的去除及氮元素的控制：
①铁水预处理后的[S]含量小于0.003%；转炉出钢时[N]的含量小于0.002%;
②转炉吹炼时，严禁补吹，其控制参数的供氧压力0.8-0.85MPa,流量32000-33000m3/h，强度为0.4-0.6Nm3/t·min，吹氧时间14min,其中底吹氩搅拌供气强度为0.05-0.08Nm3/t.min，压力为1.0-1.2MPa；转炉出钢温度为1620-1670℃，此时[C]含量为0.09%，[P]含量小于0.008%；
③LF精炼及造渣、脱硫，喂入钙铁线对非金属夹杂进行变性处理，紧接着对钢包钢水底吹氩弱搅拌，时间10.5-13min，其中精炼的终渣Al2O3的含量为28-33%，钢水[N]含量小于0.0045%，钢中A、B类非金属夹杂小于1.0级；
④连铸保护浇铸，大包长水口采用密封圈+氩封的保护，连铸时钢水[N]增量小于0.001%。
2.根据权利要求1所述方法，其特征在于：成品钢板组织为铁素体+珠光体+少量粒状贝氏体，晶粒度为9-10级，提高了钢材的耐磨性能。
3.根据权利要求1所述方法，其特征在于：成品钢板在环境温度为16-20℃下，周期浸润腐蚀试验，平均腐蚀失重率为0.75-0.77g/m2/h，相对腐蚀速率达到46.8-47.5。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：成品钢板的抗拉强度510-610MPa，屈服强度390-480MPa，断后延伸率为25-33%，屈强比0.80-0.85，低温冲击功，－20℃冲击功值在250-350J，－40℃冲击功值在230-300J。
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